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    L'hydrogène est-il un carburant abordable pour l'avenir ?

    Il est impératif, au niveau mondial, de décarboniser le transport routier et toutes nos industries d’ici 2050 en éliminant progressivement les combustibles fossiles. Mais comment cela est-il possible pour le transport de marchandises lourdes ? Les moteurs à combustion actuels fonctionnant à l’essence ou au gasoil seront progressivement supprimés d’ici 2035, dicté par la réglementation européenne et comme indiqué dans notre livre blanc, et remplacés par des moteurs fonctionnant à l’électricité ou à l’hydrogène. Les voitures électriques sont déjà en train de se généraliser. Mais l’hydrogène pourrait être une meilleure solution pour les déplacements industriels lourds sur de longues distances, et notamment pour le fret.

    Deux options technologiques sont possibles : soit adapter la conception des moteurs à combustion interne pour utiliser l’hydrogène, soit utiliser des piles à combustible à hydrogène pour alimenter des moteurs électriques.

     

    Les piles à combustible ne rejettent que de l’oxygène et de l’eau. Nombreux sont ceux qui pensent que les piles à combustible à émission zéro finiront par devenir le moteur de prédilection, car les moteurs à combustion à hydrogène libèrent du protoxyde d’azote (N2O), un gaz à effet de serre encore plus puissant que le CO2. Mais les émissions de N2O peuvent être traitées de la même manière que les pots catalytiques d’échappement utilisés aujourd’hui sur les véhicules à essence ou peuvent être limitées grâce à la technologie de rétention de CO2 lors de la production d’hydrogène à partir de sources telles que le méthane.

     

    Ces deux technologies de l’hydrogène présentent deux avantages importants par rapport à la recharge des véhicules électriques, en particulier les véhicules lourds tels que les camions : le temps nécessaire pour faire le plein et la pression exercée sur les réseaux électriques nationaux. Aujourd’hui, le ravitaillement en hydrogène prend aussi peu de temps que le ravitaillement en essence ou en diesel, ce qui évite aux transporteurs routiers de perdre du temps et des revenus lors de la recharge électrique.  Le ravitaillement en hydrogène permet également d’éviter de mettre à mal les réseaux électriques nationaux, un risque croissant à mesure que l’industrie passe du diesel à l’électrique.

     

    Le moteur à combustion alimenté à l’hydrogène a été mis au point il y a plus de 200 ans. Au début du 20e siècle, les voitures équipées de ce type de moteur étaient plus populaires que les voitures à essence, car elles étaient plus silencieuses, plus faciles à conduire et moins polluantes. Elles sont ensuite tombées en désuétude en raison de leur portée limitée et de l’abondance de pétrole brut bon marché. Aujourd’hui, les combustibles fossiles sont eux-mêmes en passe de devenir obsolètes, à tel point que l’on envisage à nouveau l’hydrogène comme une alternative sérieuse à ces moteurs.

     

    En 2020, le nombre estimé de véhicules électriques à pile à combustible en Europe était de 2 533 (Fuel Cells and Hydrogen Observatory, 2020).  Power Systems Research (2021) prévoit que d’ici 2027, environ 0,3 % des nouveaux véhicules utilitaires lourds seront alimentés à l’hydrogène. Dix villes européennes disposent désormais de bus fonctionnant à l’hydrogène. Dans le même temps, les progrès vers davantage des véhicules commerciaux et industriels fonctionnant à l’hydrogène ont été plus lents que le passage des consommateurs aux voitures électriques.

     

    Le principal frein est le coût de production d’hydrogène renouvelable, appelé « hydrogène vert ». La production elle-même est un processus coûteux en raison des besoins énergétiques élevés, et les prix des combustibles fossiles sont beaucoup moins élevés que ceux des énergies renouvelables.

     

    Les entreprises étudient les moyens de réduire le coût de la production d’hydrogène, y compris les partenariats et les nouveaux matériaux. De nouvelles méthodes d’hydrolyse (la séparation de l’eau en hydrogène et en oxygène par électrolyse) sont à l’étude, de même que l’amélioration de l’efficacité du processus de production.

     

    L’hydrogène propre est-il abordable ?

    Selon la Revue mondiale de l’hydrogène 2021 de l’AIE, l’utilisation de sources d’énergie renouvelables (solaire, éolienne et hydroélectrique) permet d’obtenir un coût de l’hydrogène de 3 à 8 euros par kilogramme, contre 0,40

    à 1,70 euro par kilogramme en utilisant des combustibles fossiles.  Mais en octobre 2021, on a appris qu’en raison du coût élevé du gaz naturel et d’un prix record du carbone dans l’UE de 60 euros par tonne de CO2, le prix de l’hydrogène renouvelable était devenu compétitif en Europe. L’hydrogène renouvelable ne coûterait désormais que 4,18 euros par kilogramme, contre 6,57 à 6,22 euros par kilogramme, soit jusqu’à un tiers de moins que l’hydrogène produit à partir de combustibles fossiles. (RECHARGE 2021). 

     

    Actuellement, au Royaume-Uni, parcourir 100 km coûterait 14,22 euros avec de l’hydrogène, 8,43 euros avec de l’essence et 6,89 euros avec du gasoil (sur la base des prix actuels à la pompe pour une voiture particulière). Bien que les prix varient en Europe, la production d’un carburant hydrogène vert qui soutiendra la décarbonisation de nos routes nécessite encore une baisse drastique des prix de production de l’hydrogène pour être compétitive. 

     

    Diminuer le coût de revient

    Les chercheurs du MIT Energy Initiative affirment que la chute des coûts de l’énergie éolienne et solaire résultant d’économies d’échelle réduit les coûts de la production d’hydrogène vert. La consommation d’énergie pendant la production est le coût variable le plus important de toutes les dépenses d’investissement et d’exploitation des électrolyseurs de l’entreprise.

     

    Lors de la production d’hydrogène, les électrodes utilisées pour créer ce courant sont recouvertes de métal qui doit être maintenu à l’état fondu ou liquide. Comme les métaux ont des points de fusion très élevés, cela nécessite des quantités importantes d’énergie, ce qui rend le processus coûteux et peu compétitif par rapport à l’essence et au diesel comme carburant pour les véhicules. Pour y remédier, les fabricants d’hydrogène remplacent les électrodes métalliques par des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons, qui nécessitent beaucoup moins d’énergie.

     

    Les améliorations apportées à la conception des électrolyseurs permettent une utilisation plus efficace des matériaux et des électrolyseurs eux-mêmes. Les économies d’échelle, l’automatisation et les processus de fabrication continus contribuent également à réduire les coûts. 

     

    Nel ASA, un fabricant norvégien d’électrolyseurs, a annoncé en janvier 2021 son objectif de 1,50 dollar par kilogramme d’ici 2025, soit moins de la moitié des estimations actuelles de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), qui se situent entre 3 et 8 euros par kilogramme.  Le producteur malaisien de pétrole et de gaz Petronas a également annoncé qu’il utiliserait l’énergie hydroélectrique et solaire pour produire de l’hydrogène pour 1 à 2 euros par kilogramme.

     

    Grâce aux nouvelles technologies, le prix de l’hydrogène vert sera constamment inférieur à celui de la production d’hydrogène à partir de combustibles fossiles et sera moins dépendant des conditions fluctuantes du marché.

     

    Que peut faire l’industrie pour promouvoir la production d’hydrogène à moindre coût ?

    Mais, une fois le problème du coût résolu, il faut s’attaquer au problème de la distribution. Actuellement, il n’existe pas d’infrastructure adéquate pour le ravitaillement en hydrogène. Au Royaume-Uni, l’un des pays européens les plus petits géographiquement, l’infrastructure se développe depuis une décennie. Pourtant, il n’existe que 15 stations de ravitaillement en hydrogène. Le plus grand est Metroline à Perivale, avec une capacité quotidienne de 1 500 kilogrammes d’hydrogène. La deuxième plus grande station de ravitaillement, avec 1 200 kilogrammes d’hydrogène par jour, se trouve à Tyseley Energy Park, à Birmingham. D’autres sont en cours de développement.

     

    La construction d’une infrastructure pour l’hydrogène devrait être beaucoup plus facile que la mise en place de l’infrastructure nécessaire au chargement des véhicules électriques. L’hydrogène n’a pas besoin d’être relié à un réseau existant, et le flux d’hydrogène ne doit pas être surveillé et contrôlé comme le flux d’électricité sur les réseaux électriques nationaux. Le réseau actuel de 92 000 stations d’essence et de gasoil en Europe pourrait être reconverti à l’hydrogène, mais cette conversion devrait coûter environ 32 millions d’euros par station, légèrement supérieur à celui d'une nouvelle station de recharge pour véhicules électriques, comme l'indique notre récente étude. Cela nécessiterait un effort financier considérable de la part du gouvernement. Nombre de ces sites appartiennent à de grandes entreprises pétrochimiques qui espèrent entrer sur le marché de l’hydrogène. Mais le risque est que ces entreprises soient aussi susceptibles d’adopter l’utilisation de la production traditionnelle d’hydrogène à partir de combustibles fossiles combinée aux technologies de rétention du CO2. Cet hydrogène est plus propre que celui produit actuellement, mais pas aussi propre que l’hydrogène produit avec des énergies renouvelables. 

     

    Selon l’ICCT (International Council on Clean Transportation), l’hydrogène peut être fourni avec la même disponibilité et la même qualité de service que l’essence et le gasoil.  Il peut être transporté d’un grand site de production vers des stations de ravitaillement en hydrogène ou produit sur place « à la pompe » par électrolyse. L’électrolyse renouvelable sur place évite les coûts de transport de l’hydrogène, et les économies ainsi faites peuvent être répercutées sur les clients.  En avril, First Hydrogen a annoncé qu’elle allait créer une production d’hydrogène sur site dans quatre nouveaux sites industriels au Royaume-Uni pour le ravitaillement des véhicules commerciaux légers, moyens et lourds.

     

    Les sites logistiques de tout le pays peuvent utiliser de la même manière le modèle d’hydrolyse à la pompe. Ces stations indépendantes de ravitaillement en hydrogène seraient très pratiques pour les centaines de poids lourds qui entrent ou sortent quotidiennement de nos ports et aéroports. Elles peuvent en outre garantir un approvisionnement en hydrogène vert si elles sont alimentées par de l’énergie solaire ou éolienne sur place ou si elles utilisent uniquement des sources d’énergie renouvelables pour la production. Ce serait une proposition attrayante pour les premiers utilisateurs de la technologie et une source de revenus pour les ports.

     

    À l’heure actuelle, l’hydrogène n’est ni abordable, ni suffisamment pratique pour constituer une alternative au transport de marchandises par des camions fonctionnant au gasoil. Mais cela est sur le point de changer. Grâce aux nouvelles technologies de production d’hydrogène, à la baisse du prix des sources d’énergie renouvelables et à la volonté politique mondiale, les prix de l’hydrogène sont en train de devenir plus compétitifs que ceux des combustibles fossiles. L’installation d’une production d’hydrogène à la pompe, sur site, dans les ports, les entrepôts et autres sites de fret, pourrait pallier le manque d’infrastructures de ravitaillement en carburant et permettrait au secteur de la logistique de contribuer à la transition vers des transports plus propres et à la décarbonisation du transport routier d’ici 2050.

     

    Dans notre livre blanc sur les véhicules routiers, nous abordons toutes ces questions et examinons la manière dont les systèmes de propulsion alternatifs vont façonner l'industrie. Entrez dans le débat et téléchargez votre exemplaire dès aujourd'hui en cliquant sur le lien ci-dessous.

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